JPH06208083A - ライン結像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ロッドレンズアレイと同等以上の性能、コス
トの実現を可能とし、かつ、特殊なノウハウを必要とし
ないライン結像素子を提供する。 【構成】 本発明によるライン結像素子は、同軸上に所
定の距離を離して母線が互いに平行になるように配置し
た三本のシリンドリカルレンズ３，４，５を、該軸と母
線に垂直な方向に複数配列し、これらのシリンドリカル
レンズ列の外側に面して、該配列方向と母線が平行なシ
リンドリカルレンズ１，２を各々設置して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリや電子複
写機、ＬＥＤプリンタ等に使われるライン結像素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリや電子複写機、ＬＥＤプリ
ンタ等には、ライン上の被写体を等倍率でセンサや感光
ドラム上に投影するライン結像素子が使われている。こ
のような結像素子としては、中心から半径方向に屈折
率が連続的に変化する円柱状の透明体をアレイにした、
いわゆるロッドレンズアレイ、球面レンズのアレイを
形成した板を多層（三層にすることが多い）に重ね合わ
せたもの（例えば特公昭４９−８８９３号公報、特開昭
５７−１０４９２３号公報、特開昭５７−６６４１４号
公報参照）、ダハプリズムとレンズの組み合わせによ
る正立等倍光学系をアレイ状に配列したもの（例えば特
開昭６１−２１０３１９号公報、特開昭５６−１１７２
０１号公報、特開昭５６−１２６８０１号公報、特開昭
５６−１４０３０１号公報、特開昭５６−１４９００２
号公報、特開昭６０−２５４０１８号公報、特開昭６０
−２５４０１９号公報、特開昭６０−２５４０２０号公
報、特開昭６１−２３３７１４号公報、特開昭６２−９
１９０２号公報、特開昭６２−２０１４１７号公報参
照）などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したのロッドレ
ンズアレイは現在最も広く使われており、実用化された
製品は品質的にも価格的にも大きく他方式をリードして
いる。ロッドレンズアレイでは円柱状の透明体に屈折率
の分布を形成すること、および、これを精密に制御する
ことが技術的なポイントであるが、これには特殊なノウ
ハウを必要とするため、ノウハウを持たない第三者が製
作するのは容易ではない。また、特に径の大きなロッド
レンズを作ることは特に困難であるため、レンズと被写
体との距離を大きくとりたいときにはＦ値が増加し、暗
い光学系になってしまうという問題点もある。

【０００４】そこでロッドレンズを使用しない、製作が
容易な結像素子が望まれているが、すでに公知の方式
では、各層レンズアレイのレンズからなる光学単位の光
軸を十分な精度で合わせることや隣合う光学単位の間に
遮光手段を設けることなどの作業が難しく、特に長いア
レイを作ることはかなり困難であり、かつ、コスト的に
も不利である。

【０００５】さらに、これはロッドレンズとも共通する
ことであるが、像の明るさを稼ぐためにレンズの口径を
大きくするか作動距離を短くするかしてＦ値を下げよう
とすれば、特にレンズ周辺部を通る光の屈折角の積算が
大きくなり、色収差が大きくなって好ましくない。従っ
て上記やの方式では単色光を光源とするような特別
の場合を除いて、明るい光学系を作ることが困難であ
る。

【０００６】また、の方式は、像の反転にダハプリズ
ム（或いはルーフミラー）を使うため、収差の点では有
利であるが、レンズとプリズム以外に光路を変えるため
の反射手段が必要となり、さらに、曲がった光路を確保
するためにレンズと物体や像との距離をレンズ口径の数
倍以上とる必要があり、Ｆ値をあまり小さくできないた
めに明るさを稼ぎにくいという問題がある。また、プリ
ズムの反射面や反射手段への反射コート（一般に金属鍍
金）が製造コストを上げるという問題点もある。

【０００７】結局、従来の方式では屈折率分布の制御と
いう特殊な技術を必要とせずに、ロッドレンズアレイと
同等以上の性能、コストを実現することは困難であるこ
とがわかる。本発明の解決しようとする課題は、ロッド
レンズアレイと同等以上の性能、コストの実現を可能と
し、かつ、特殊なノウハウを必要としない結像素子を提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本件第１の発明によるラ
イン結像素子は、同軸上に所定の距離を離して母線が互
いに平行になるように配置した三本のシリンドリカルレ
ンズを、該軸と母線に垂直な方向に複数配列し、これら
のシリンドリカルレンズ列の外側に面して、該配列方向
と母線が平行なシリンドリカルレンズを各々設置して構
成される。

【０００９】また、本件第２の発明によるライン結像素
子は、一方がシリンドリカル面、他の面が該シリンドリ
カル面と母線が直行するシリンドリカル面を複数配列し
た形状の面である透明部材を、シリンドリカル面が複数
配列した面を内側にして平行に二枚おき、両透明部材の
間に該シリンドリカル面列と等しいピッチで母線が平行
なシリンドリカルレンズを複数配列したもので、両透明
部材のシリンドリカル面の各々と間に置かれたシリンド
リカルレンズ列の各々は個々に対応し、各々対応する二
つのシリンドリカル面とシリンドリカルレンズは同軸上
に存在するように構成される。

【００１０】なお、ここで言うシリンドリカルレンズ及
びシリンドリカル面とは、いわゆる円柱の一部や円柱面
のみを示すものでなく、レンズとしての収差が少ない二
次あるいはそれ以外の曲線によって底面の形が表される
柱面をもつレンズ及び柱面をも含むものとする。

【００１１】

【作用】レンズアレイを使った結像素子では、各構成単
位が正立等倍像を結ぶことが連続性のある像を得るため
に必要である。しかしながら、この正立の条件はレンズ
アレイの配列方向においてのみ成り立てば像の連続性は
保たれるから、これに垂直な方向には倒立した像であっ
ても問題はない。

【００１２】本件各発明のライン結像素子はレンズアレ
イの配列方向には三本のシリンドリカルレンズあるいは
レンズ面によって正立等倍像を結び、垂直方向には二本
のシリンドリカルレンズあるいはレンズ面によって倒立
像を結ぶことによって一方向のみ反転した像を得るもの
で、シリンドリカルレンズあるいはレンズ面を使うこと
によって軸合わせの必要が長手方向にのみに限られ、遮
光手段も同様の方向のみでよいために、従来の三層レン
ズアレイに比べて製作が容易である。また、シリンドリ
カルレンズアレイあるいはレンズ面の母線方向の幅は任
意に設定できるため、この幅を広くとって容易に像の明
るさを稼ぐことができる。

【００１３】

【実施例】図１は、本件第１の発明によるライン結像素
子の実施例の構成を示す斜視図、図２はその平面図であ
る。三層のシリンドリカルレンズアレイ３，４，５によ
って正立等倍像が得られる物体面７、像面８はそれぞれ
シリンドリカルレンズ１，２から焦点距離だけ離れた位
置にあり、ｙ方向には、図２（ａ）に示すように、シリ
ンドリカルレンズ１，２によって倒立像が得られ、ｘ方
向には、（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズア
レイ３，４，５の働きで正立像が得られる。

【００１４】ｘｚ面内でのシリンドリカルレンズアレイ
３，４，５の働きは前記方式の従来の三層レンズアレ
イの働きと同様で、図３に示すように、物体面７上の被
写体の縮小倒立像がレンズ３によってレンズ４の位置に
結ばれ、さらにレンズ５によってこの倒立像が拡大倒立
して投影されて、像面８上にもとの大きさの正立像が得
られる。ここで、レンズ４はフィールドレンズであっ
て、物体面からの光を効率よく伝える働きを有する。

【００１５】このように三枚のレンズによる正立像の投
影によれば、個々のレンズの収差が積算されて全体の収
差となるため、これを小さく抑えることが問題となる。
実際には、シリンドリカルレンズ３，５の形状を最適化
することによって色収差以外の収差はかなり小さくでき
るが、シリンドリカルレンズ３，５に色消しレンズを使
うことはコスト面で現実的でないため、色収差を抑える
ことは簡単ではない。この点では、シリンドリカルレン
ズアレイ３，４，５の個々の幅Ｔは小さいほど有利であ
る。

【００１６】一方、ｙ方向には二枚のシリンドリカルレ
ンズによる倒立像の投影であるために、色収差を含めて
収差の問題はｘ方向ほど厳しくはない。従って、シリン
ドリカルレンズ１，２の幅ＷはＴより広くとることが可
能であり、これによって明るさを稼ぐことができる。図
１，２においては、シリンドリカルレンズアレイ３，
４，５としてそれぞれ一体成型されたものを使用してお
り、隣合う光学セルの間には遮光手段６が置かれて迷光
の発生を防いでいる。代表的な三層レンズアレイの設計
法にならい、シリンドリカルレンズ４には３，５のシリ
ンドリカルレンズより焦点距離の短いシリンドリカルレ
ンズを使用し、シリンドリカルレンズ３，４間とシリン
ドリカルレンズ４，５間の距離を等しくし、かつ、シリ
ンドリカルレンズ４の焦点距離の２倍とすれば、同一セ
ル中のシリンドリカルレンズ３からシリンドリカルレン
ズ４に達した光はシリンドリカルレンズ４の作用ですべ
て同じセルに属するシリンドリカルレンズ５に集められ
ることになるため、シリンドリカルレンズ４，５間の遮
光手段６を図５に示すように省くことができる。あるい
は、簡単な推論から容易に理解できる通り、これとは逆
にシリンドリカルレンズ４，５間に遮光手段６をおい
て、シリンドリカルレンズ３，４間の遮光手段６を省い
てもよい。

【００１７】なお、本件第１の発明のライン結像素子の
作り方は、上記したような一体成型したシリンドリカル
レンズアレイを使う方法に限るものではなく、例えば三
枚のシリンドリカルレンズと遮光手段を図６に示すよう
に一体に組み立てたものを並べて、これにシリンドリカ
ルレンズ１，２を加えるという方法でもよい。図７は本
件第２の発明によるライン結像素子の実施例の構成を示
す斜視図であり、図８はその平面図である。本実施例に
おいては、前記した本件第１の発明の実施例のシリンド
リカルレンズアレイ３，５をシリンドリカルレンズ９，
１０の内側に形成されたシリンドリカル面１１，１２に
置き代えたもので、その作用は前記実施例の場合と同じ
である。ただ、光が通過する部品数が二つ減ったため
に、境界面を横切る際に生じる光線の反射損失が４面分
だけ少なくなり、その結果像の明るさが増すというメリ
ットがある。

【００１８】図４は本件第１の発明によるライン結像素
子の実施例の使用例、図９は本件第２の発明による実施
例の使用例である。ｙ方向に倒立し、ｘ方向には連続し
た像が得られる。ｙ方向に像が倒立することは、リニア
イメージセンサや液晶プリンタ、ＬＥＤプリンタなどの
用途においては何等不都合を生じない。一方、複写機の
用途においては像の倒立が不都合となるが、鏡を使って
反転させて像を正立させれば、複写機用途にも使用する
ことができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の結像素子
は、三層のシリンドリカルレンズアレイと二枚のシリン
ドリカルレンズを使ってライン上の連続した像を得るも
のであり、このようなライン結像素子では、製作に当た
ってロッドレンズの屈折率分布の制御のような特殊なノ
ウハウを必要とせず、かつ、従来の三層レンズアレイよ
りも製作が容易で、かつ、より明るい像を得ることが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本件第１の発明によるライン結像素子の実施例
の構成を示す斜視図である。

【図２】本件第１の発明によるライン結像素子の実施例
の平面図である。

【図３】三枚のシリンドリカルレンズアレイによる各光
学単位の作用を説明する説明図である。

【図４】本件第１の発明によるライン結像素子の実施例
の使用例を示す斜視図である。

【図５】本件第１の発明によるライン結像素子の実施例
の変形例を示す平面図である。

【図６】本件第１の発明によるライン結像素子における
三枚のシリンドリカルレンズが作る光学単位の他の実施
例を示す斜視図である。

【図７】本件第２の発明によるライン結像素子の実施例
の構成を示す斜視図である。

【図８】本件第２の発明によるライン結像素子の実施例
の平面図である。

【図９】本件第２の発明によるライン結像素子の実施例
の使用例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…シリンドリカルレンズ ２…シリンドリカルレンズ ３…シリンドリカルレンズアレイ ４…シリンドリカルレンズアレイ ５…シリンドリカルレンズアレイ ６…遮光手段 ７…物体面 ８…像面 ９…透明部材 １０…透明部材 １１…シリンドリカル面 １２…シリンドリカル面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同軸上に所定の距離を離して母線が互い
   に平行になるように配置された三本のシリンドリカルレ
   ンズを、該軸と母線に垂直な方向に複数配列したシリン
   ドリカルレンズ列と、上記シリンドリカルレンズ列の外
   側に面して、該配列方向と母線が平行なシリンドリカル
   レンズを対向するように配設した一対の外側シリンドリ
   カルレンズとを有するライン結像素子。
2. 【請求項２】 一方の面が第１のシリンドリカル面、他
   方の面が該第１のシリンドリカル面と母線が直交するシ
   リンドリカル面を複数配列した形状の第２のシリンドリ
   カル面をもった透明部材であって、該シリンドリカル面
   が複数配列された第２のシリンドリカル面を内側にして
   平行に配置された一対の透明部材と、上記一対の透明部
   材の間に上記第２のシリンドリカル面のシリンドリカル
   面列と等しいピッチで、かつ、母線が平行となるように
   複数配列されたシリンドリカルレンズ列とを有し、上記
   一対の透明部材の第２のシリンドリカル面の各シリンド
   リカル面と上記シリンドリカルレンズ列の各シリンドリ
   カルレンズとは個々に対応し、各々対応するシリンドリ
   カル面とシリンドリカルレンズとは同軸上に存在するこ
   とを特徴とするライン結像素子。